Класифікація біоритмів

Біологічні ритми охоплюють широкий діапазон періодів - від долей секунд на молекулярному рівні, до багатьох років - на надорганізмовому. З підвищенням рівня структурної організації матерії подовжується період набутих нею коливань. Ускладнення функціональної організації системи веде до створення ієрархічної черговості часових рівнів.

Існують класифікації біоритмів, що грунтуються на їх функціональній значимості, на рівні організації біологічної системи, рівні гомеостатичних механізмів. Найбільше розповсюдження має поділ біоритмів в залежності від їх частоти (періоду).

Найбільш повна класифікація частоти біологічних ритмів дана в праці Ашоффа, в якій виділено п’ять класів біоритмів:

1) ритми високої частоти - від долей секунди до 30 хвилин (осцилляції на молекулярному рівні, ритми електроенцефалограмми, скорочення серця, дихання, перистальтика кишечника);

2) ритми середньої частоти - від 30 хвилин до 28 годин, включаючи ультрадіальні (до 20 год) і циркадні (20 - 28 год);

3) мезоритми, до яких відносяться інфрадіальні (28год - 6 днів) і циркасептальні (біля 7 днів);

4) макроритми з періодом від 20 днів до 1 року;

5) Мегаритми з періодом в десятки і багато десятків років.

Існують також інші класифікації [9], згідно яким виділяють 6 головних ритмів:

1) добові, зумовлені 24-годинною сонячною активністю, але, проте, часто вони стають навколодобовими, чи циркадними;

2) лунні ритми, пов’язані з добою місяця, продовженість якої дорівнює 24години 50 хвилин і визначаються періодом зміни положення Місяця за відношенням до Землі;

3) ритми зірок, що визначаються періодом доби зірок, т. б. оборотом Землі навколо власної осі і періодичними (23 год 56 хв) змінами її положення за відношенням до зірок;

4) півмісяцеві і місяцеві ритми (протягом місяцевого періода два рази змінюється амплітуда приливів, якщо вектори сил тяжіння Місяця і Сонця співпадають, то приливи максимальні, якщо вони знаходяться під кутом 90°, то мінімальні);

5) річні ритми;

6) багаторічні ритми (біля 11 років триває період коливання сонячної активності, зумовлених максимальними і мінімальними фазами сонячних плям).

Відомі короткоперіодні ритми активності тварин. До цього класу відносять різні періодичні повторення якої-небудь форми поведінки в різний період добового цикла з частотою від 20 хв до 6 год. Виключення складають як циркадні, так і високочастотні ритми в нервовій системі і в м’язах, пов’язані з інтеграцією рухів. У більшості випадків короткоперіодичні ритми рухомості пов’язані з потребами їжі.

Данні прижиттєвої кількісної мікроскопії, мікрокінозйомки і культивування тканин показали, що існують клітинні ритми великих діапазонів. Експериментально знайдено наявність швидких (до 100 мкс) коливань окремих мікроструктур і встановлений діапазон періодів їх фонових ритмів в одній і тій же живій клітині.

Складений перелік ряду біологічних ритмів в порядку зменшення їх частоти. Найбільш високою частотою відрізняються біотоки 60 - 100 коливань в 1 секунді, потім йдуть коливання війок мерехливого епітелія, хвилі ЕЕГ, пульс, дихання, перистальтика кишечника. Протяжність періода цих ритмів складає долі хвилини. Далі йдуть ритми, періоди яких досягають декількох годин: коливання числа тромбоцитів і рівня адреналіна в крові.12-годинні ритми характерні для вмісту глікогена в печінці, числа ретикульоцитів, а також вмісту білірубіна і жиру в крові. [16]

Періодичні зміни біологічних процесів (як кількісні, так і якісні), що відбуваються на різних рівнях організації живого - будь то молекулярно-генетичний, клітинний, тканевий, органний чи, навіть, популяційно-біосферний рівень, - вчені охрестили біоритмами і в відповідності з виконуваною функцією розділили їх на фізіологічні (т. б. робочі цикли окремих систем організма) і екологічні, чи адаптивні, пов’язані з пристосуванням до періодичних впливів зовнішнього середовища.

Згідно класифікації відомого хронобіолога Ф. Хальберга всі ритмічні процеси організма у відповідності до власної довжини діляться на декілька груп: ритми високої частоти з періодом до 30 хвилин, ритми середньої частоти з періодом від 30 хвилин до 6 днів і ритми низької частоти з періодом від 6 днів до 1 року. До першої групи відносяться ритми дихання, роботи серця, електричних явищ в головному мозку і періодичні коливання в ланцюгу біохімічних реакцій. До другої - зміна сну і бадьорості, активності і відпочинку, добові зміни обміну речовин. третя група об’єднує тижневі, місяцеві і річні ритми, що включають цикли екскреції гормонів, сезонні зміни протікання біохімічних реакцій і довготривалі часові змінм працездатності.

Система ритмів ієрархічна. Є ритми ведучі і відомі. До ведучих відносяться ритми центральної нервової системи, ендокринних залоз, до відомих - ритми температури, пульса, обміна. Фізіологічні і екологічні ритми - циклічні коливання в різних системах організма - несуть постійний характер і майже не залежать від температури і складу середовища. Є здогадки, що регуляція фізіологічних ритмів здійснюється гіпоталамо-гіпофізарною системою.

Екологічні ритми залежать від циклічних змін навколишнього середовища, завдяки чому в окремі інтервали часу організм може бути готовий до сприйняття сигнала (так називаємий час потенційної готовності). Вони відчувають більший вплив факторів середовища (добові, приливні, місяцеві, річні ритми).

Біоритми в природі складаються з ендогенного ритму і реакції на зміни середовища. При порушенні природного ритму середовища чи власних центрів синхронізації біоритми різних фізіологічних функцій втрачають синхронність.

Добові ритми пов’язані з одним оборотом Землі навколо власної осі. При цьому протягом доби закономірно змінюються освітлюваність, температура, вологість, напруженість електричного і магнітного полів Землі і, навіть, інтенсивність потока сонячних частинок, що має життєво важливе значення для різних мешканців нашої планети. Добова періодичність властива всім без винятку організмам і внутрішньоклітинним процесам, а також життєвим процесам взагалі. У людини, наприклад, описані більш 400 ритмопроявляючихся функцій, що повторюються протягом доби і погоджених один з одним. Чіткість погодження не абсолютна, і добові максимуми і мінімуми різних функціональних показників на 24-годинній шкалі розділені відносно постійними часовими інтервалами, чи фазовими кутами, тому таку незмінну протягом багатьох діб погодженість називають фазою. Циркадні ритми знайдені також і у окремих клітин багатоклітинного організму. У людини і тварин центри синхронізації добових ритмів, чи пейсмекери (водії ритмів), що керують ритмами клітин, органів і організма в цілому, знаходяться в головному мозку. Пейсмекер часто називають біологічними часами, під якими розуміють властивість живих організмів орієнтуватись у часі. В ритмічній активності клітин домінуюча роль належить ядру. Ведучими циркадними ритмами у людини і тварин є ритми активності і спокою, сну і бадьорості і відповідні цим станам циклічні процеси витрачання і відновлення енергії. Одні вчені вважають, що циркадні ритми - це популяційно-клональна генетично закріплена періодичність, інші вважають, що ніякої генетичної закріпленості не існує.

Сезонні коливання сонячної активності, кількість вітамінів у їжі грають роль пускових механізмів у реалізації перечислених біоритмів. З цієї точки зору можна пояснити сезонність інфекційних хвороб, періодичність загострень виразкової хвороби шлунка і дванадцятипалої кишки, ревматизма, туберкульоза, не говорячи вже про такі соматичні хвороби, як гіпертонічна хвороба і інфаркт міокарда. Сезонні коливання проявляються у всіх процесах життєдіяльності. Підкреслюються, наприклад, ритми народження максимумів в весняний і мінімумів в осінньо-зимовий періоди і ритми смертності з зворотньою сезонною спрямованістю, останнє пов’язують з підвищенням чуттєвості до інфекцій в холодний період року.

Серед багаторічних циркаритмів краще інших вивчені цикли з 3х-річною періодичністю у хлопчиків і 2х-річною у дівчат, що проявляються з 10-літнього віку. “Психологічні ” ритми з періодом в 7 років описані Н.Я. Пєрном (1925). З окремою періодичністю протікають вікові розлади функцій, частково адаптації ока до яркого світла погіршується майже в 2 рази через кожні 13 років починаючи з 16 років.

Багаторічна періодичність явищ пов’язана з метеорологічними і геліогефізичними явищами (в тому числі флуктуаціями магнітного поля), які зумовлені дією сонцедіяльності (Чижевський, 1976). Сонячна активність зростає, коли її центри проходять через центральний меридіан поверненої до Землі напівсфери. Відомі 5-6, 11-12-річні і вікові цикли сонячної активності, але конкретний механізм біологічної дії космічних факторів не з’ясований. Припускається, що вони реалізуються через зміни фізико-хімічного стану коллоїдів (Піккарді, 1967). За гіпотезою С. Арреніуса, космічні впливи на земні явища сказуються через коливання електричного і магнітного полів Землі. Ряд вчених, проте, вважають ці коливання недостатніми для сприйняття організмом. Для того, щоб довести їх біологічну значимость, А.С. Пресман (1968) виказав ідею інформаційного впливу коливань електричних і магнітних полів. Ним допускається наявність в організмі внутрішніх систем електронно-магнітної регуляції чи вроджених осцилляцій (коливань), що мають різні періоди, амплітуду і сприймаючих коливання електричного і магнітних полів навколишнього середовища. Природньо, різноманітні зміни в організмі повинні бути циклічними, так як саме вони відбивають суть живого, забезпечують нормальну регуляцію життєвих процесів і рівновагу з навколишнім середовищем.

Але, як звісно, періодичні зміни властиві не лише людському організму, але і навколишньому середовищу. Ритми середовища існування називаються синхронізаторами - фізичними і соціальними.

Під фізичними синхронізаторами розуміється чергування світла і темноти, напруги електричних і магнітних полів, добові і сезонні коливання температури і вологості повітря, атмосферного тиску і т.д. Під соціальними - розпорядок виробничої і побутової діяльності.

І фізичні, і соціальні синхронізатори, постійно взаємодіють з біоритмами людського організму, накладають на них власний відбиток. Взяти хоча б біоритми функції нирок. За накопиченими даними, показники біоритмів ниркової функції залежать від умов праці і змінюються у людей, адаптованих до роботи в нічну зміну. А добовий ритм виділення води, іонів натрія, калія і хлора різний в різних географічних зонах.